Глава 4 КОСТНАЯ СИСТЕМА

Содержание материала

Глава 4 КОСТНАЯ СИСТЕМА

4.1. Общие положения

Остеология — это учение о костях. В течение жизни у человека образуется более 800 отдельных костных элементов, из них 270 фор­мируются во внутриутробном периоде, остальные — после рождения. Большая часть отдельных костных элементов срастается между собой и в связи с этим скелет взрослого человека содержит только 206 ко­стей. Кости вместе с их соединениями в организме человека состав­ляют скелет (рис. 4.1 и 4.2), который выполняет в организме различ­ные функции.

Функции скелета. Прежде всего, кости туловища и нижних ко­нечностей выполняют опорную функцию для мягких тканей (мышц, связок, фасций, внутренних органов). Большинство костей играют роль рычагов. К ним прикрепляются мышцы, которые обеспечива­ют локомоторную функцию (перемещение тела в пространстве). Обе названные функции позволяют назвать скелет пассивной частью опорно-двигательного аппарата. Скелет человека представляет собой антигравитационную конструкцию, которая противодействует силе земного притяжения.

Кости черепа, туловища и тазовые кости выполняют защитную функцию от возможных повреждений жизненно важных органов, крупных сосудов и нервов (в черепе помещается головной мозг, орга­ны зрения, слуха и равновесия; в позвоночном канале расположен спинной мозг; грудная клетка защищает сердце, легкие, крупные со­суды и нервные стволы; тазовые кости предохраняют от повреждений прямую кишку, мочевой пузырь и внутренние половые органы).

Большинство костей содержат внутри красный костный мозг, который выполняет кроветворную функцию, а также является ор­ганом иммунной системы. Кости принимают участие в минераль­ном обмене, так как в них депонируются многочисленные хими­ческие элементы, преимущественно соли кальция, фосфора.

Кость как орган. Кость, os, — это орган, являющийся компонен­том системы органов опоры и движения, имеющий типичную фор­му и строение, характерную архитектонику сосудов и нервов, пост­роенный преимущественно из костной ткани, покрытый снаружи надкостницей и содержащий внутри костный мозг.

Рис. 4.1. Скелет человека (вид спереди): I  — череп; 2 — грудина; 3 — ключица; 4 — ребра; 5 — плечевая кость; 6 — локтевая кость; 7— лучевая кость; 8— кости кисти; 9 — тазовая кость; 10 — бедренная кость; II   — надколенник; 12 — малоберцовая кость; 13 — большеберцовая кость; 14 — кости стопы


Рис. 4.2. Скелет человека (вид сзади): 7 — теменная кость; 2 — затылочная кость; 3 — лопатка; 4 — плечевая кость; 5 — ребра; 6 — позвонки; 7 — кости предплечья; 8 — кости запястья; 9 — кости пясти; 10 — фалан­ги пальцев кисти; 11 — бедренная кость; 12 — большеберцовая кость; 13 — малоберцо­вая кость; 14 — кости предплюсны; 15 — кости плюсны; 16 — фаланги пальцев стопы

 

 
Рис. 4.3. Внешнее строение плечевой кости: 1 — проксимальный (верхний) эпифиз; 2 — диафиз (тело); 3 — дистальный (нижний) эпифиз; 4 — надкостница

Надкостница, periosteum, покрывает кость снаружи (рис. 4.3), за исключением тех мест, где расположен суставной хрящ и прикрепляются сухожилия мышц или связки. Она отграничива­ет кость от окружающих тканей, представляет собой тонкую, прочную пленку, построенную из плотной соединительной ткани, в которой расположены нервы, кровеносные и лимфатичес­кие сосуды. Последние проникают из надкост­ницы в вещество кости.

Большую роль надкостница играет в разви­тии (росте в толщину) и питании кости. В ее внутреннем слое образуется костная ткань.

Кость, лишенная надкостницы, становится не­жизнеспособной.

Практически все кости имеют суставные по­верхности для сочленения с другими костями, которые покрыты не надкостницей, а суставным хрящом. По строению суставной хрящ чаще яв­ляется гиалиновым и реже — волокнистым.

Внутри большинства костей в ячейках между пластинками губча­того вещества, или в костномозговой полости, находится костный мозг. Он бывает красным и желтым. У плодов и новорожденных в костях содержится только красный (кроветворный) костный мозг, medulla osseum rubra. Общее количество красного костного мозга составляет около 1500 см3. У взрослого человека красный костный мозг частично заменяется желтым — medulla osseum flava, который в основном представлен жировыми клетками и расположен в преде­лах костномозговой полости. Изнутри костномозговая полость вы­стлана специальной оболочкой, получившей название эндоста.

На распиле кости видны два вида костного вещества: компактное и губчатое (рис. 4.4). Компактное вещество, substantia compacta, распо­ложено снаружи и представлено сплошной костной массой. Костные пластинки, образованные костными клетками, в компактном веще­стве располагаются очень близко друг к другу. Компактное вещество тонким слоем покрывает эпифизы трубчатых и плоских костей. Пол­ностью из компактного вещества построены диафизы трубчатых кос­тей. Губчатое вещество, substantia spongiosa, представлено редко рас­положенными костными пластинками, в ячейках между которыми содержится красный костный мозг. Из губчатого вещества построены эпифизы трубчатых костей, тела позвонков, ребра, грудина, тазовые кости, ряд костей кис­ти и стопы. Компактное вещество у этих костей образует лишь поверхностный слой.

Рис. 4.4. Внутреннее строение проксималь­ного эпифиза бедренной кости: 1 — проксимальный (верхний) эпифиз; 2 — метафиз; 3 — губчатое вещество; 4 — компактное ве­щество; 5 — костномозговая полость; 6 — диафиз (тело)

 

Структурно-функциональной едини­цей кости является остеон, или гаверсо­ва система, который представлен концентрически расположенными костными пластинками (гаверсовыми), которые в виде цилиндров разного диаметра вложены друг в друга и окружают гаверсов канал (рис. 4.5). В последнем проходят кровеносные сосуды и нервы. Меж­ду остеонами расположены вставочные, или промежуточные, плас­тинки, которые идут во всех направлениях. В костях постоянно про­исходят процессы новообразования и разрушения остеонов. Вставоч­ные пластинки представляют собой оставшиеся части подвергшихся разрушению старых остеонов.

Диафиз трубчатой кости представляет собой полый цилиндр, стенками которого является компактное вещество. Полость диафи- за называется костномозговым каналом. Этот канал заполнен крас­ным или желтым костным мозгом.

Рис. 4.5. Строение остеона: а — костная ткань; б — остеон (реконструкция); в — продольный срез остеона

Эпифизы трубчатой кости построены из губчатого вещества. Ком­пактное вещество покрывает эпифизы только снаружи сравнитель­но тонким слоем. Аналогичное строение имеют широкие и короткие кости. Пластинки губчатого вещества в каждой кости расположены строго упорядоченно: они совпадают с направлением сил наиболь­шего сжатия и растяжения.

Известно, что в архитектурных сооружениях полые колонны (трубчатые) имеют большую прочность на единицу массы, чем цель­ные. Следовательно, остеонная конструкция обеспечивает высокую степень прочности кости. Группы остеонов, располагаясь по лини­ям наибольших нагрузок, формируют костные перекладины губча­того вещества и костные пластинки компактного вещества. При усилении или ослаблении функциональных нагрузок архитектоника губчатого вещества изменяется, часть перекладин рассасывается или развиваются новые системы костных балок. После срастания пере­ломов изменяется трубчатая структура кости (как макро-, так и мик­роскопическая) и существенно снижается ее механическая проч­ность.

Прочность кости у здорового взрослого человека больше, чем прочность некоторых строительных материалов: она примерно та­кая же, как у чугуна. Исследования по изучению прочности про­водились еще в XIX в. Так, по данным П.Ф.Лесгафта, бедренная кость человека при растяжении выдерживала нагрузку 5500 Н/см2, при сжатии — 7787 Н/см2. Большеберцовая кость выдерживала при сжатии нагрузку 1650 Н/см2, что может сравниться с грузом, рав­ным массе тел более чем 20 человек. Указанные цифры свидетель­ствуют о высокой степени резервных возможностей костей по отно­шению к различным нагрузкам.

Упругость — это свойство возвращать исходную форму после прекращения действия внешней среды. Упругость кости равна упругости твердых пород дерева. Она, так же как и прочность, за­висит от макро- и микроскопического строения и химического со­става кости.

Химический состав кости. Химический состав кости зависит от ее состояния, возрастных и индивидуальных особенностей. Свежая кость взрослого человека содержит 50 % воды, 16 % жира, 12 % орга­нических и 22 % неорганических веществ. Высушенная и обезвожен­ная кость примерно на 2/3 состоит из неорганического вещества и на V3— из органического.

Неорганическое вещество представлено преимущественно соля­ми кальция в виде субмикроскопических кристаллов гидроксиапати- та. С помощью электронного микроскопа установлено, что оси кри­сталлов параллельны костным волокнам. Из кристаллов гидрокси- апатита формируются минеральные волокна.

Органическое вещество кости называется «оссеин». Это белок, представляющий собой разновидность коллагена и образующий основное вещество кости. Синтезируется оссеин костными клетка­ми — остеобластами. Следует отметить, что костный матрикс кроме оссеина содержит минеральные вещества.

Если обработать кость кислотой, т.е. провести декальцинацию, то минеральные соли удаляются. Такая кость, состоящая только из орга­нического вещества, сохраняет все детали формы, но отличается чрезвычайной гибкостью и эластичностью. При удалении органиче­ского вещества путем сжигания эластичность кости теряется, а ос­тавшееся вещество становится хрупким. Неорганические вещества придают кости прочность и хрупкость.

Количественное соотношение органических и неорганических веществ в костях зависит прежде всего от возраста и изменяется под влиянием различных причин (климатических условий, питания, за­болеваний организма). Так, у детей кости значительно беднее мине­ральными веществами (неорганическими), поэтому отличаются большей гибкостью и меньшей твердостью. У пожилых людей, наобо­рот, уменьшается количество органических веществ. В этом возрасте кости становятся более хрупкими, при травмах в них часто возника­ют переломы.

Развитие костей. Костная ткань начинает формироваться у че­ловеческого зародыша в середине II месяца внутриутробной жизни, когда уже сформировались все остальные ткани. Развитие костей может происходить двумя способами: на основе соединительной тка­ни и на основе хряща.

Кости, формирующиеся на основе соединительной ткани, назы­ваются первичными. К ним относятся кости крыши черепа, кости лицевого черепа. Процесс окостенения первичных костей носит название «эндесмальный». Он осуществляется следующим образом: в центре соединительнотканной закладки появляется точка окосте­нения, которая затем разрастается в глубину и по поверхности. В ко­нечном итоге от первоначального соединительнотканного пласта неизменным остается лишь самый поверхностный слой, который затем превращается в надкостницу.

Кости, развивающиеся на основе хряща, называют вторичными: они проходят соединительнотканную, хрящевую и, в последнюю оче­редь, костную стадии. К вторичным костям относятся кости основа­ния черепа, туловища и конечностей.

Рассмотрим развитие вторичной кости на примере длинной труб­чатой кости. К концу II месяца внутриутробного периода на месте будущей кости определяется хрящевая закладка, которая по форме напоминает кость. Хрящевая закладка покрыта надхрящницей. В об­ласти будущего диафиза кости надхрящница превращается в надкостницу. Под ней откладываются соли кальция, и хрящевые клетки начинают погибать. На их месте из надкостницы появляют­ся костные клетки — остеобласты, и окостенение идет от периферии вовнутрь. Этот этап окостенения вторичных костей называют перихондральным. В дальнейшем отмечается постепенное нарастание но­вых слоев кости со стороны надкостницы.

В эпифизах окостенение начинается позже: из костной точки, появляющейся внутри хрящевой закладки эпифиза и идет от цент­ра к периферии. Данный процесс окостенения называют энхонд- ральным. После завершения энхондрального окостенения за счет надкостницы по краю хрящевой закладки эпифиза развивается пе­риостальная кость — тонкая пластинка компактного вещества. Хря­щевая прослойка остается между эпифизом и диафизом — это ме- таэпифизарный хрящ. Он является зоной роста кости в длину и пос­ле прекращения роста кости исчезает.

В длинных трубчатых костях (бедренной, плечевой, костях голе­ни и предплечья) обычно формируются отдельные точки окостене­ния в каждом эпифизе. Прирастание эпифизов к диафизу проис­ходит после рождения. Так, нижний эпифиз большеберцовой кос­ти прирастает к 22-летнему возрасту, а верхний — к 24-летнему. В эпи­физах некоторых трубчатых костей появляется одновременно не­сколько точек окостенения. Так, например, в верхнем эпифизе пле­чевой кости — три точки, в нижнем — четыре. Объемные кости и кости основания черепа также окостеневают по энхондральному типу. В плоских костях процесс окостенения идет в обратном по­рядке, т.е. периостальное окостенение предшествует энхондральному.

Процесс окостенения скелета у ребенка может ускоряться или замедляться, что обусловлено генетическими и гормональными факторами, различными воздействиями окружающей среды. Для оценки процесса развития скелета введено понятие «костный воз­раст», о котором судят по числу точек окостенения в костях и по срокам их слияния. Для этого обычно делают рентгеновские сним­ки кисти, так как в этой части тела особенно четко выявляется воз­растная динамика появления точек окостенения. Костный возраст не всегда совпадает с паспортным. Так, у одних детей процесс окос­тенения завершается на 1 — 2 года раньше положенного срока, у дру­гих — на 1 — 2 года отстает. Начиная с 9 лет, отчетливо выявляются половые различия окостенения, у девочек этот процесс происходит быстрее. Рост тела в высоту у девушек завершается в 16 —17 лет, у юно­шей — в 17—18 лет. В дальнейшем прирост длины тела составляет около 2 %.

При старении в различных частях скелета происходит разрежение кости — остеопороз. В трубчатых костях отмечается рассасывание кости на внутренней поверхности диафиза, в результате расширяет­ся костномозговая полость. Вместе с этим наблюдается отложение солей кальция и развитие костной ткани на внешней поверхности костей, под надкостницей. Нередко в местах прикрепления связок и сухожилий, а также по краям суставных поверхностей формируются костные выросты — остеофиты.

Классификация костей. Подходы к классификации костей весь­ма разнообразны. Наиболее целесообразно классифицировать кос­ти по расположению, форме и строению, развитию.

По расположению выделяют: кости черепа, кости туловища и конечностей.

По форме и строению различают четыре вида костей туловища и конечностей: трубчатые, плоские, объемные и смешанные.

По развитию кости классифицируют на первичные (развивают­ся из соединительной ткани), вторичные (развиваются из хряща) и смешанные.

Трубчатые кости на распиле имеют в диафизе полость. По вели­чине они могут быть разделены на длинные (плечевая, кости пред­плечья, бедренная, кости голени, ключица) и короткие (кости пяс­ти, плюсны, фаланги пальцев).

Плоские кости на распиле представлены преимущественно одно­родной массой губчатого вещества. Они обширны по площади, но толщина их незначительна (тазовые кости, грудина, лопатки, ребра). Объемные кости в большинстве случаев, так же как и плоские, на распиле содержат однородную массу губчатого вещества; их длина, высота и ширина примерно одинаковы (кости запястья, кости пред­плюсны). Смешанные кости отличаются специфичностью и сложно­стью формы. В их составе встречаются элементы строения объемных и плоских костей (позвонки).

Кости черепа также различаются по расположению, развитию и строению. По расположению их подразделяют на кости мозгового черепа и лицевого черепа, по развитию — на первичные (эндесмаль- ные) и вторичные (энхондральные).

По внутреннему строению выделяют три вида костей черепа:

1) кости, состоящие из диплоического вещества (губчатого веще­ства с мелкими ячейками), — диплоические (теменная, затылочная, лобная кости, нижняя челюсть);

2) кости, содержащие воздушные полости, — пневматизирован- ные (височная, клиновидная, решетчатая, лобная кости и верхняя челюсть);

3) кости, построенные преимущественно из компактного веще­ства, — компактные (слезная, скуловая, нёбная, носовая кость, ниж­няя носовая раковина, сошник, подъязычная кость).